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DE2332636A1 - Verfahren zur herstellung von cyanurchlorid ii - Google Patents

Verfahren zur herstellung von cyanurchlorid ii

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DE2332636A1
DE2332636A1 DE2332636A DE2332636A DE2332636A1 DE 2332636 A1 DE2332636 A1 DE 2332636A1 DE 2332636 A DE2332636 A DE 2332636A DE 2332636 A DE2332636 A DE 2332636A DE 2332636 A1 DE2332636 A1 DE 2332636A1
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nitrogen
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Werner Dr Heimberger
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D251/00Heterocyclic compounds containing 1,3,5-triazine rings
    • C07D251/02Heterocyclic compounds containing 1,3,5-triazine rings not condensed with other rings
    • C07D251/12Heterocyclic compounds containing 1,3,5-triazine rings not condensed with other rings having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D251/26Heterocyclic compounds containing 1,3,5-triazine rings not condensed with other rings having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hetero atoms directly attached to ring carbon atoms
    • C07D251/28Only halogen atoms, e.g. cyanuric chloride

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VOI-MALS ROESSLER 6 Frankfurt am Main, Weissfrauenstrasse 9 2332636
Verfahren zur Herstellung von Cyanurchlorid II
Cyanurchlorid wird bekanntlich durch Trimerisation von Chlorcyan in Gegenwart von sauren Katalysatoren wie Mineralsäuren oder von oberflächenaktiven Katalysatoren wie Aktivkohle gewonnen (Ullmann Encyklopädie der Techn. Chemie, Band 5, 195^, Seite 62k ff).
Cyanurchlorid wurde im Anschluss an die Triraerisierung durch Dosublimationsverfahren in kristalliner Form gewonnen. Diese Desublimationsverfahren waren sehr aufwendig und kostspielig durch die grössere mechanische Beanspruchung der Apparaturen und die dabei ständig auftretenden Störungen (DTOS 1 8o9 19*0·
Man war daher dazu übergegangen, Cyanurchlorid aus dem Trimerisierungsgemisch unter bestimmten Bedingungen flüssig abzuscheiden und das Restgas, das noch Cyanurchlorid enthielt, direkt wieder in den Trimerisierungsreaktor zurückzuführen (DTOS 2 1o6 t>75)·
Hierbei ist es nur möglich, etwa Zweidrittel des vorhandenen Cyanurchlorids zu kondensieren; der Rest verbleibt im Abgas. Dieses wird zwar rückgeführt zum Trimerisierungsreaktor, jedoch reichern sich auch Fremdgase (Kohlendioxid, Phosgen, Tetrachlorkohlenstoff und Chlorwasserstoff) vor allem aber Chlor im Laufe der Zeit an und müssen aus dem Kreislauf ausgetragen werden. Selbstverständlich gehen dabei auch Cyanurchlorid und Chlorcyan mit ab. Daher müssen diese Abgase entweder vernichtet oder in irgendeiner Form aufgearbeitet werden, was zusätzliche Aufwendungen erfordert.
Nach einem bekannten Verfahren zur Gewinnung von flüssigem Cyanurchlorid (DTOS 1 8o9 19*0 wird dieses restliche, im Abgas enthaltene Drittel an Cyanurchlorid aus dem Abgas herausgewaschen, und zwar innerhalb der Abscheidungskolonne für Cyanurchlorid mit Phosphoroxichlorid. Dabei fällt aber verfärbtes und mit Nebenprodukten verunreinigtes Cyanurchlorid an.
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Veiter ist es bekannt, aus dem Abgas das Cyanurchlorid zunächst mit einem von Chlor leicht angreifbaren, aber Cyqnurchlorid nur schlecht lösenden Lösungsmittel wie Tetrachlorkohlenstoff herauszulösen und das darin gelöste Cyanurchlorid in einer weiteren Kolonne in ein anderes Lösungsmittel zu überführen, siehe DTOS 1 67O 026. Der technische Aufwand bei diesem Verfahren ist sehr gross und durch die Verwendung zweier verschiedener Lösungsmittel umständlich.
Demgegenüber wurde nun gefunden, dass sich Cyanurchlorid in flüssiger Form aus dem gasförmigen oder partiell kondensierten Trimerisierungsgemisch in einer Fraktionierkolonne und in Gegenwart eines Lösungsmittels quantitativ und dabei technisch sehr einfach gewinnen lässt, wenn man das cyanurchloridhaltige, aus dem Trimerisierungsreaktor kommende Gemisch in Gasform oder in teilkondensierter Form mit einer Temperatur von 146 bis 5OO C einem Kolonnensystem zuführt und in einer ersten Fraktionierkolonne mit einem Lösungsmittel, dessen Siedepunkt zwischen dem des Chlorcyans und dem des Cyanurchlorids liegt und das gegenüber Cyanurchlorid, Chlorcyan, Chlor und evtl. Chlorwasserstoff stabil ist, in Kontakt bringt, worauf man das kondensierte Cyanurchlorid aus dem Sumpf der Kolonne abzieht, das überdestillierende Gemisch teilkondensiert, das Teilkondensat auf den Kopf der Kolonne zurückgibt und das lösungsmittelhaltige Restgas aus Chlor, Chlorcyan und evtl. Kohlendioxid, Stickstoff und Chlorwasserstoff einer zweiten Fraktionierkolonne zuführt, auf deren Kopf zum Aufrechterhalten eines Rücklaufs so viel flüssiges Chlorcyan aufgegeben wird, dass das über Kopf abziehende Gemisch aus Chlor und Chlorcyan und evtl. Kohlendioxid, Stickstoff und Chlorwasserstoff lösungsmittelfrei ist, worauf man dieses Gemisch, sofern es Stickstoff- und kohlendioxidfrei ist, direkt- sofern es die genannten Gase enthält, erst nach einer Wasserwäsche zur Abtrennung von Stickstoff und Kohlendioxid- dem Chlorcyanreaktor und/oder soviel dieses Gemisches- ob Stickstoff- oder kohlendioxidhaltig oder stickstoff- oder kohlendioxidfrei- dem Trimerisierungsreaktor zuführt, dass das gesamte, in den Trimerisierungsreaktor eintretende Gas noch mindestens 50 G?o Chlorcyan enthält, und dass man das im Sumpf der zweiten Kolonne anfallende chlor- und chlorcyanfreie Lösungsmittel, gegebenenfalls nach Behandlung mit wässrigen Alkalien, wieder auf den Kopf der ersten Fraktionierkolonne zurückgibt. Es ist auch möglich, das am Kopf der ersten Kolonne anfallende obengenannte Restgas direkt der zweiten Kolonne zuzuführen.
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Chlorcyan kann also entweder frei von Kohlendioxid und Stickstoff bzw. Chlorwasserstoff oder im Gemisch mit diesen StoffΘΛ eingesetzt werden, je nachdem, ob es durch katalytische Chlorierung von gasförmigem Cyanwasserstoff, siehe belgische Patentschrift 779 6°-o, und anschliessende Reinigung durch Absorption und Destillation, siehe US-PS 3 618 295, oder durch Chlorierung einer wässrigen Lösung von Cyanwasserstoff, siehe Ullmann,. Enzyklopädie der techn. Chemie, Band 5» Seite 665, 195^t gewonnen wird. Auch kann das im wässrigen System durch Oxidation von Cyanwasserstoff mit Wasserstoffperoxid/Salzsäure und in Gegenwart eines Cupri-Ferriionensystems anfallende Chlorcyan eingesetzt werden, siehe belgische Patentschrift 768 080.
Als Lösungsmittel mit einem Siedepunkt zwischen dem des Chlorcyans und des Cyanurchlorids, die gleichzeitig gegenüber Chlorcyan, Chlor, Cyanurchlorid und evtl. Chlorwasserstoff stabil sind,kommen infrage:
kernhalogenierte Benzotrifluoride wie m-Chlortrifluotoluol oder mit Trifluormethylgruppen substituierte Aromate wie Hexafluorxylol oder ". Trichlortrifluoräthan, Difluor-tetra-
chloräthane, Trifluorpentachlorpropane, Perfluoroctan oder Gemische dieser Stoffe. Besonders bevorzugt sind m-Chlortrifluortoluol und Hexafluorxylol.
Wird als Ausgangsprodukt für Cyanurchlorid ein durch Chlorierung einer wässrigen Lösung von Cyanwasserstoff hergestelltes Chlorcyan verwendet, dann fällt am Kopf der zweiten Kolonne, d.h. der Lösungsmittelentgeistungskolonne, ein durch Kohlendioxid und gegebenenfalls Stickstoff verunreinigtes Chlor- Chlorcyangemisch an, das einer Wasserwäsehe unterworfen werden muss. Dabei entsteht eine wässrige Lösung von Chlor und Chlorcyan, die in den Chlorcyanreaktor recycliert werden kann, während Kohlendioxid und Stickstoff an die Atmosphäre abgegeben werden.
Das am Kopf der zweiten Kolonne anfallende Chlor-Chlorcyangemisch lässt sich auch direkt in den Triraerisierungsreaktor recyclieren. Bei Anwendung dieser Massnahme erfolgt jedoch mit der Zeit eine Anreicherung von Chlor so\tfie gegebenenfalls von Kohlendioxid und
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Stickstoff, so dass nur so viel in den Trimerisierungsreaktor zurückgeleitet werden kann, dass das gesamte in den Trimerisierungs reaktor eintretende Gas noch mindestens ^O G^ Chlorcyan enthält.
Das in der zweiten Kolonne im Sumpf wieder anfallende entgeistete Lösungsmittel kann an und für sich sofort auf den Kopf der ersten Kolonne zurückgegeben werden.
Sollten sich im Sumpf der zweiten Kolonne nichtflüchtige, aber für die Gewinnung reinen Cyanurchlorids störende Verunreinigungen ansammeln, dann lassen sich diese auf einfache Weise durch eine Wäsche mit wässrigen Alkalien wie Alkalihydroxiden und - carbonaten quantitativ aus dem Lösungsmittel entfernen. Die Wäsche wird vorzugsweise in einer üblichen Flüssig- Flüssig- Extraktionskolonne bei Temperaturen zwischen 20 und 80 C durchgeführt. Die Konzentrationen der wässrigen Lösungen liegen zwischen 1 und 10 G% an eingesetzten Alkalien.
Für die Flüssigabscheidung des Cyanurchlorids wie auch für die Entgeistung des Lösungsmittels ist der Druck unkritisch. Beide Verfahrensstufen lassen sich ohne Schwierigkeiten bei 0,5 bis 3 ata durchführen; bevorzugt wird jedoch bei Atraosphärendruck gearbeitet.
Der technische Fortschritt des erfindungsgemässen Verfahrens liegt einmal in der Gewinnung völlig reinen Cyanurchlorids in praktisch quantitativen Ausbeuten, ferner in der quantitativen Verwertung von überschüssigem Chlor und nicht umgesetztem Chlorcyan. Sehr wesentlich ist auch, dass keine Lösungsmittelverluste auftreten. Ausserdem ist das Verfahren sehr umweltfreundlich, da keinerlei gesundheitsschädliche Gase an die Atmosphäre abgegeben werden.
Als Fraktionierkolonnen werden in dem erfindungsgemässen Verfahren Füllkörperkolonnen sowie Kolonnen mit entsprechenden Einbauten wie Glockenboden oder Siebboden verwendet.
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Beispiel 1 (Figur 1):
Der aus dem Trimerisierungsreaktor A über die Leitung a austretende Cyanurchloriddampf wird im Wärmeaustauscher B unter Wasserdampferzeugung auf ca. 200 C abgekühlt und über die Leitung b in die Kolonne C eingeleitet. Gleichzeitig wird mit Hilfe der Leitung c auf den Kopf der Kolonne C Lösungsmittel, z.B. m-Chlortrifluortoluol, aufgegeben. Die im Trimerisierungsgemisch noch enthaltenen Gase wie restliches Chlorcyan, überschüssiges Chlor sowie evtl. Fremdgase wie Kohlendioxid, Stickstoff oder Chlorwasserstoff werden im Verstärkerteil der Kolonne C cyanurchloridfrei gewaschen und verlassen den Kopf der Kolonne C über die Leitung d. Infolge der freiwerdenden Kondensationswärme des Cyanurchlorids verdampft das Lösungsmittel und verlässt den Kopf der Kolonne C ebenfalls über die Leitung d. Das verflüssigte Cyanurchlorid sammelt sich im Sumpf der Kolonne C an und kann über die Leitung e abgezogen werden. Um ein völlig lösungsmittelfreies flüssiges Cyanurchlorid zu erhalten, wird der Sumpf mit Hilfe des Umlaufverdampfers D auf einer Temperatur von 1°-6 bis 200 C gehalten.
Das über die Leitung d aus der Kolonne C austretende dampfförmige Gemisch aus Lösungsmittel, Chlorcyan, Chlor und evtl. Fremdgasen wird im Wärmeaustauscher E auf ca. 100°C abgekühlt und über die Leitung f der Entgeistungskolonne F zugeführt. Das im Sumpf sich ansammelnde entgeistete Lösungsmittel wird mit Hilfe des Umlaufverdampfers G auf Siedetemperatur gehalten, die z.B. beim technischen m-Chlortrifluortoluol 138 bis i4o C beträgt, und kontinuierlich mit Hilfe der Pumpe H und Leitung c auf den Kopf der Kolonne C recycliert. Am Kopf der Entgeistungskolonne F wird über die Leitung g soviel flüssiges Chlorcyan aufgegeben, dass ein genügender Rücklauf an Chlorcyan vorhanden ist und dass das den Dephlegmator I verlassende Restgasgemisch aus Chlorcyan, Chlor sowie evtl. Kohlendioxid, Stickstoff und Chlorwasserstoff frei von Lösungsmittel ist.
Das Restgas kann zur vollständigen Verwertung seines Chlorcyangehaltes über die Leitung h mit Hilfe des Gebläses K in den Trimerisierungsreaktor A recycliert werden.
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Ist das Restgas jedoch frei von Kohlendioxid und Stickstoff, wird das Restgas über Leitung i ohne weitere Reinigung zur vollständigen Verwertung von Chlor und Chlorcyan in den Reaktor zur katalytischen Chlorierung von Cyanwasserstoff eingeführt.
Enthält das Restgas noch Kohlendioxid sowie Stickstoff, dann wird es in einer Absorptionskolonne mit Wasser behandelt, wobei Chlor, Chlorcyan und gegebenenfalls Chlorwasserstoff gelöst werden, und die wässrige Lösung dem Reaktor zur Chlorierung wässrigen Cyanwasserstoffs oder dem Reaktor zur Oxidation des Cyanwasserstoffs mit Wasserstoffperoxid/Salzsäure zugeführt, während die Fremdgase Kohlendioxid und Stickstoff am Kopf der Absorptionskolonne als solche an die Atmosphäre abgegeben werden (nicht gezeigt).
Auf die beschriebene Veise wurde in einer mit Glasraschigringen gefüllten Kolonne C (lichte Weite 60 mm, Länge des Abtriebsteils 1 5°0 nun, Länge des Verstärkerteils 1 750 mm) bis zu 5 kg reines, flüssiges Cyanurchlorid pro Stunde abgeschieden. Gleichzeitig wurden pro Stunde 7 bis 8 kg m-Chlortrifluortoluol als Lösungsmittel auf den Kopf der Kolonne C aufgegeben und das zusammen mit Chlorcyan und Chlor überdestillierende Lösungsmittel in einer Füllkörperkolonne F (lichte Weite 50 mm> Länge des Abtriebsteils 1 500 mm, Länge des Verstärkerteils h 000 mm) unter Aufgabe von flüssigem Chlorcyan auf den Kopf der Kolonne F entgeistet. Die Hälfte des am Dephlegmator I anfallenden Gasgemisches wurde über die Leitung h in den Trimerisierungsreaktor A zurückgeführt, während die zweite Hälfte über die Leitung 1 abgeführt wurde. Auf den Kopf der Kolonne F wurden stündlich 250 g flüssiges Chlorcyan aufgegeben.
Als Ausgangsprodukt für Cyanurchlorid wurde sowohl ein durch Chlorierung einer wässrigen Lösung von Cyanwasserstoff als auch ein durch katalytisch^ Chlorierung* von gasförmigem Cyanwasserstoff hergestelltes Chlorcyan verwendet. Im ersten Fall wurde das über die Leitung i abgenommene Restgas mit einer Zusammensetzung von 23,9 G# Chlorc3'an, ^7,5 Gfo Chlor, 27,5 G?o Kohlendioxid und 1,1 G^ Stickstoff einer Rasserwäsche unterworfen und die entstehende wässrige Lösung von Chlorcyan und Chlor in den Chlorcyanreaktor gepumpt. Im zweiten Fall wurde das Restgas mit Hilfe eines Gebläses
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ohne weitere Reinigung direkt in den Chlorcyanreaktor gedrückt. Die Ausbeuten an abgeschiedenem flüssigem Cyanurchlorid betrugen nahezu 100 $>, bezogen auf das zur Herstellung von Chlorcyan eingesetzte Chlor und den eingesetzten Cyanwasserstoff.
Beispiel 2 (Figur 1):
Man verfährt gemäss Beispiel 1, kondensiert jedoch das dampfförmige Trimerisierungsgemisch durch Abkühlen im Wärmeaustauscher B auf 150 C partiell und erzeugt dabei Wasserdampf. Im übrigen werden die gleichen Ergebnisse - auch in Bezug auf Reinheit und Ausbeute des Cyanurchlorids - wie in Beispiel 1 erhalten.
Beispiel 3 (Figur 2):
Man verfährt gemäss Beispiel 1, kühlt jedoch das über die Leitung d aus der Kolonne C austretende dampfförmige Gemisch aus Lösungsmittel,
ο Chlorcyan, Chlor und evtl. Fremdgasen im Wärmetauscher L auf 11,0 C1 trennt Dampf und Kondensat im Trenngefäss M, gibt das Kondensat über Leitung 1 auf den Kopf der Kolonne C zurück, während das immer noch lösungsmittelhaltige Restgas über Leitung k im Wärmetauscher E auf 60 - 80°C abgekühlt und über Leitung f der Kolonne F zugeführt wird. In Bezug auf Reinheit und Ausbeute an Cyanurchlorid wurden die gleichen Ergebnisse wie in Beispiel 1 erhalten.
Beispiel 4:
Man verfährt gemäss Beispiel 1, führt jedoch über Leitung m und Kolbenpumpe N einen Teilstrom des entgeisteten Lösungsmittels der Extraktionskolonne 0 zu und führt gleichzeitig über die Kolbenpumpe P und Leitung η eine 5 Ί0 wässrige Natronlauge zu. Die verbrauchte Natronlauge wird über Leitung ο abgeführt, während das gereinigte Lösungsmittel über Leitung ρ und Kolbenpumpe Q in die Leitung c zurückgeführt wird.
In Bezug auf Ausbeute und vor allem Reinheit des Cyanurchlorids wurden auch nach einem 4-monatigen Dauerbetrieb noch die gleichen Ergebnisse wie in Beispiel 1 erhalten.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung von Cyanurchlorid in flüssiger Form aus dem Trimerisierungsgemisch von Chlorcyan unter Fraktionierung und in Gegenwart eines Lösungsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass man das cyanurchloridhaltige, aus dem Trimerisierungsreaktor kommende Gemisch in Gasform oder in teilkondensierter Form mit einer Temperatur von 146 bis 500 C einem Kolonnensystem zuführt und in einer ersten Fraktionierkolonne mit einem Lösungsmittel, dessen Siedepunkt zwischen dem des Chlorcyans und dem des Cyanurchlorids liegt und das gegenüber Cyanurchlorid, Chlorcyan, Chlor und evtl. Chlorwasserstoff stabil ist, in Kontakt bringt, worauf man das kondensierte Cyanurchlorid aus dem Sumpf der Kolonne abzieht, das überdestillierende Gemisch teilkondensiert, das Teilkondensat auf den Kopf der ersten Fraktionierkolonne zurückgibt und das lösungsmittelhaltige Restgas aus Chlor, Chlorcyan und evtl. Kohlendioxid, Stickstoff und Chlorwasserstoff einer zweiten Fraktionierkolonne zuführt, auf deren Kopf zum Aufrechterhalten eines Rücklaufs so viel flüssiges Chlorcyan aufgegeben wird, dass das über Kopf abziehende Gemisch aus Chlor und Chlorcyan und evtl. Kohlendioxid, Stickstoff und Chlorwasserstoff lösungsmittelfrei ist, worauf man dieses Gemisch, sofern es stickstoff- und kohlendioxidfrei ist, direkt- sofern es die genannten Gase enthält, erst nach einer Wasserwäsche zur Abtrennung von Stickstoff und Kohlendioxid- dem Chlorcyanreaktor und/oder soviel dieses Gemisches- ob stickstoff- oder kohlendioxidhaltig oder stickstoff- oder kohlendioxidfrei- dem Trimerisierungsreaktor zuführt, dass das gesamte, in den Trimerisierungsreaktor eintretende Gas noch mindestens 50 G$ Chlorcyan enthält, und dass man ,das im Sumpf der zweiten Kolonne anfallende chlor- und chlorcyanfrede Lösungsmittel, gegebenenfalls nach Behandlung mit wässrigen Alkalien, wieder auf den Kopf der ersten Fraktionierkolonne zurückgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel kernhalogenierte Benzotrifluoride, mit Trifluormethylgruppen substituierte Aromate, Trichlortrifluoräthan, Difluortetrachloräthane, Trifluorpentachlorpropane oder Perfluoroctan oder ihre Gemische eingesetzt werden.
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3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch Rekennzoichnct, dass als Lösungsmittel m-Chlortrifluortoluol oder Hexafluor- xylol verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,' dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des in der zweiten Kolonne anfallenden Lösungsmittels mit wässrigen Lösungen von Alkal!hydroxiden oder - carbonaten bei 20 bis 80 C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, dass man das kondensierte Cyanurchlorid aus dem Sumpf der ersten Fraktionierkolonne abzieht und direkt das lösungsmittelhalt ige Restgas aus Chlor, Chlorcyan und evtl. Kohlendioxid, Stickstoff und Chlorwasserstoff der zweiten Fraktionierkolonne zuführt.
PL/Dr.Schae-P
20. 6.1973
409883/1324
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